円偏光変調法を用いた高感度磁気光学顕微鏡の開発

この研究の目的は、CCDカメラを用いた磁気光学顕微鏡に円偏光変調法を適用して、磁気カー回転角および磁気カー楕円率の2次元イメージを、通常の直交偏光子法より1桁以上高感度に得ること、および、2次元イメージ画像の中の各位置におけるスペクトルとヒステリシスループを求めることにある。

14年度、磁気光学イメージング装置のプロトタイプとなるシステムを完成し、試験した。このプロトタイプは、光源、波長選択干渉フィルタ、偏光子、4分の1波長板、穴あき電磁石、検光子、CCDカメラ、カメラ制御装置、コンピュータからなる。4分の1波長板をコンピュータ制御で-45°、0°、45°と変化させ、±45°の画像の差をとると楕円率イメージが、±45°の画像の平均値と0°の画像の差をとると回転角のイメージが得られることが、ジョーンズ・マトリクスを用いた解析により明らかにされた。4分の1波長板回転制御および画像の演算を行うためのコンピュータソフトを作成し、磁性ガーネットを試料とし、磁場を変化させたときのファラデー回転画像およびファラデー楕円率(MCD)画像の変化を測定することに成功した。コンビナトリアル材料についても実験した。

15年度は、このプロトタイプを顕微鏡に実装して、顕微画像としてどのくらいの感度と解像度が得られるかを追求する実験を行った。試料として、MOD法(有機金属分解法)で作製した磁性ガーネット薄膜をフォトリソグラフィ法で微細加工したものを用い、さまざまな画像処理により磁気光学信号の読みとりを試みた。この結果、ファラデー回転角の分解能は0.02°程度あり、0.1°程度の小さなファラデー回転しかない試料においても明瞭な磁気光学イメージが得られること、空間的な解像度も顕微鏡の光学特性で決まる1μm程度が得られていることが確認された。